【科技前沿】

8月26日，國際學術期刊《科學》在線發表一項我國科學家的開創性成果——中國科學院動物研究所
、beijingganxibaoyuzaishengyixueyanjiuyuanliweiyanjiuyuanyuzhouqiyanjiuyuantuanduihezuo，zaiquanqiushoucishixianleburudongwuwanzhengransetidekebianchenglianjie
，bingchuangzaochujuyouquanxinhexing（染色體組型）的小鼠。

有評論認為，這項工作意味著生物工程技術的再次突破
，為深入認識哺乳動物染色體大規模重構等結構變異對其生長發育、繁殖演化乃至物種形成等的分子機製開拓了“建物致知”的合成生物學研究策略

，並奠定了相應的技術平台。

首次實現哺乳動物的完整染色體重排

要想理解這項成果，首先要了解一個概念——染色體重排（Chromosomal Rearrangement）。李偉介紹
，染色體重排是指染色體發生斷裂，並與別的染色體相連構成新的染色體。

在漫長的生物演化過程中
，染色體重排是導致生物產生了質的改變和飛躍的重要因素。但對於個體而言
，染色體重排更多是帶來疾病——某些類型的兒童白血病、不孕不育等疾病都是由染色體重排導致的。

了le解jie染ran色se體ti重zhong排pai的de奧ao秘mi
，就jiu能neng進jin一yi步bu揭jie示shi人ren類lei演yan化hua的de奧ao秘mi，也ye能neng在zai多duo種zhong疾ji病bing的de治zhi療liao上shang取qu得de飛fei躍yue。因yin此ci，染ran色se體ti重zhong排pai成cheng為wei生sheng物wu學xue家jia研yan究jiu的de焦jiao點dian領ling域yu。近jin年nian來lai
，染ran色se體ti精jing準zhun重zhong排pai率lv先xian在zai基ji因yin組zu組zu成cheng簡jian單dan且qie為wei單dan倍bei體ti的de酵jiao母mu上shang獲huo得de成cheng功gong。但dan因yin為wei哺bu乳ru動dong物wu基ji因yin組zu比bi酵jiao母mu基ji因yin組zu複fu雜za得de多duo，在zai哺bu乳ru動dong物wu上shang進jin行xing完wan整zheng染ran色se體ti的de重zhong排pai仍reng然ran沒mei有you成cheng功gong實shi現xian。

中國科學家經過多年的努力
，在全球首次實現了哺乳動物的完整染色體重排
，取得了合成生物學上新的突破。“我們的研究打破了技術瓶頸，利用小鼠單倍體胚胎幹細胞和CRISPR基因編輯工具，成功將最長的染色體1號和2號進行正反連接，以及將中等長度的5號和4號染色體進行首尾連接
，同時發現染色體連接過程中可能會發生染色體的斷裂和重新連接。”李偉說，“研究結果表明，來自小鼠的兩條獨立存在的染色體在基因編輯後，可以以非同源末端連接修複的方式連接為一條染色體。”

在了解進化、設計生命、疾病治療等方麵將產生巨大影響

在此基礎上，研究人員進一步研究了特定染色體重排連接產生的影響。

首(shou)先(xian)
，研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)證(zheng)實(shi)哺(bu)乳(ru)動(dong)物(wu)細(xi)胞(bao)的(de)染(ran)色(se)體(ti)並(bing)不(bu)是(shi)越(yue)長(chang)越(yue)好(hao)，過(guo)長(chang)會(hui)致(zhi)使(shi)細(xi)胞(bao)分(fen)裂(lie)異(yi)常(chang)。李(li)偉(wei)介(jie)紹(shao)，在(zai)細(xi)胞(bao)表(biao)型(xing)層(ceng)麵(mian)上(shang)
，染(ran)色(se)體(ti)連(lian)接(jie)後(hou)幹(gan)細(xi)胞(bao)的(de)多(duo)能(neng)性(xing)基(ji)因(yin)表(biao)達(da)以(yi)及(ji)分(fen)化(hua)沒(mei)有(you)發(fa)生(sheng)明(ming)顯(xian)變(bian)化(hua)
，而(er)最(zui)長(chang)染(ran)色(se)體(ti)連(lian)接(jie)（2號和1號染色體連接）的單倍體幹細胞二倍化速率顯著加快
，且已經成為二倍體的胚胎幹細胞及神經幹細胞中仍會發生自發多倍化。“這zhe一yi現xian象xiang是shi由you於yu染ran色se體ti長chang度du過guo長chang致zhi使shi細xi胞bao分fen裂lie異yi常chang而er導dao致zhi
，也ye證zheng明ming了le哺bu乳ru動dong物wu細xi胞bao的de染ran色se體ti長chang度du存cun在zai一yi定ding限xian製zhi
，對dui小xiao鼠shu細xi胞bao而er言yan
，染ran色se體ti長chang度du上shang限xian範fan圍wei在zai308.3Mb~377.6Mb之間。”

其次
，科研人員“創造”chulejuyouquanxinduteransetizuxingdexiaoshu。liweijieshao，weilejiedatedingransetizhongpaizaidongwubiaoxingcengmianshangdeyingxiang，yanjiurenyuantongguodanbeitiganxibaozhushedaoluanmuxibaodefangshi，chenggongdedaoransetilianjiedexiaoshu——它看似與普通小鼠無異

，實則擁有世界不曾存在
、全新獨特的染色體組型。

研究發現，不同的染色體連接對小鼠產生了不同的影響，其中最長的染色體連接（2號和1號染色體連接）使得胚胎發育不能正常進行；1號和2號染色體連接後

，1號染色體斷裂重新連接17號染色體，產生的小鼠表現出了生長曲線和行為學的異常；4號和5號染色體連接的小鼠則沒有表現出明顯的異常。

同時

，連接後的染色體還能夠傳遞給後代，且進一步交配可以產生純合小鼠。李偉說：“這(zhe)就(jiu)證(zheng)明(ming)了(le)兩(liang)條(tiao)染(ran)色(se)體(ti)的(de)連(lian)接(jie)不(bu)會(hui)導(dao)致(zhi)絕(jue)對(dui)的(de)生(sheng)殖(zhi)隔(ge)離(li)，但(dan)攜(xie)帶(dai)連(lian)接(jie)染(ran)色(se)體(ti)的(de)小(xiao)鼠(shu)生(sheng)殖(zhi)力(li)明(ming)顯(xian)下(xia)降(jiang)。進(jin)一(yi)步(bu)探(tan)索(suo)發(fa)現(xian)
，連(lian)接(jie)後(hou)的(de)染(ran)色(se)體(ti)雖(sui)然(ran)仍(reng)能(neng)夠(gou)與(yu)兩(liang)條(tiao)分(fen)離(li)的(de)同(tong)源(yuan)染(ran)色(se)體(ti)進(jin)行(xing)正(zheng)常(chang)聯(lian)會(hui)，但(dan)是(shi)聯(lian)會(hui)後(hou)的(de)同(tong)源(yuan)染(ran)色(se)體(ti)分(fen)離(li)會(hui)出(chu)現(xian)異(yi)常(chang)。”

最後，研究人員還綜合分析了染色體空間結構在胚胎幹細胞、神經幹細胞和腦內的變化趨勢。研究發現

，染色體的空間結構變化隨著分化而減弱。

李偉表示，這一研究嚴格遵守我國法律法規和國家有關規定，並符合我國及國際通行倫理準則。“womendeyanjiushoucijianlileburudongwuwanzhengransetikebianchenglianjiedexinjishu，shixianleduichaodaguimojiyinzudebianji，weiburudongwuhechengshengwuxuezengtianlexindeyanjiugongju。tongshi
，faxianleransetichangdudexianzhi，weiburudongwuhechengshengwuxuejinxingransetishejihechengtigonglezhongyaocankao
；通(tong)過(guo)在(zai)實(shi)驗(yan)室(shi)小(xiao)鼠(shu)模(mo)型(xing)中(zhong)重(zhong)構(gou)染(ran)色(se)體(ti)重(zhong)排(pai)事(shi)件(jian)，幫(bang)助(zhu)理(li)解(jie)進(jin)化(hua)衍(yan)生(sheng)的(de)染(ran)色(se)體(ti)融(rong)合(he)，也(ye)證(zheng)明(ming)了(le)染(ran)色(se)體(ti)重(zhong)排(pai)與(yu)生(sheng)殖(zhi)隔(ge)離(li)的(de)相(xiang)關(guan)性(xing)
，為(wei)進(jin)化(hua)生(sheng)物(wu)學(xue)研(yan)究(jiu)提(ti)供(gong)了(le)新(xin)的(de)思(si)路(lu)。而(er)染(ran)色(se)體(ti)精(jing)準(zhun)重(zhong)排(pai)技(ji)術(shu)為(wei)建(jian)立(li)染(ran)色(se)體(ti)重(zhong)排(pai)疾(ji)病(bing)的(de)動(dong)物(wu)模(mo)型(xing)
，研(yan)究(jiu)染(ran)色(se)體(ti)重(zhong)排(pai)導(dao)致(zhi)的(de)不(bu)孕(yun)不(bu)育(yu)和(he)腫(zhong)瘤(liu)等(deng)疾(ji)病(bing)的(de)發(fa)病(bing)機(ji)製(zhi)、探索疾病的治療提供了新的技術手段。”

（本報北京8月26日電 本報記者 齊芳）